Интегрированные электронные системы управления двигателем и трансмиссией, а также система автоматической планировки – это те два революционных решения, которые оказали наиболее существенное влияние на повышение производительности и эффективности работы бульдозеров в последние годы.
Как говорят специалисты, современная машина в принципе невозможна без электронного управления ее агрегатами, начиная с электронного впрыска топлива в камеру сгорания двигателя и заканчивая электронными настройками управления бульдозера, в зависимости от типа работ.
Любой автоматизированный процесс увеличивает производительность труда. Электроника и автоматизация в наилучшей степени проявляют себя в сфере контроля и управления строительной техникой, позволяя увеличить точность работ, снизить расход топлива, сократить количество повторных проходок и упростить работу оператора.
Выгоды приобретения автоматизированных систем управления
Все больше строительных компаний приобретают технику, оснащенную системами автоматизированного управления, потому что экономический эффект от ее использования становится очевиден в первые месяцы ее эксплуатации. «Продвинутые клиенты понимают, что, потратив немного больше денег на покупку автоматизированных систем, они возвращают потраченные на автоматизацию процесса средства в первые несколько месяцев эксплуатации, а затем эта экономия превращается в дополнительную прибыль», – утверждает руководитель направления продуктового маркетинга по строительной технике CNH Industrial Russia Валентин Романов.
– Основными драйверами развития и распространения систем автоматизированного управления становятся страны с высокой стоимостью труда. Таким образом владельцы строительных компаний повышают производительность труда своих сотрудников и эффективность бизнеса в целом, – отмечает Илья Окуренков, специалист по применению бульдозеров Cat средней мощности компании Caterpillar.
Технологии автоматизированного управления становятся проще в использовании. Вся информация отображается на экране в понятной форме. Производительность оператора возрастает за счет того, что многие процессы, которые раньше он должен был отслеживать сам, «на глазок», сейчас берет на себя электроника. Теперь он может сосредоточиться на наиболее важных функциях управления машиной.
По словам менеджера по внедрению продуктов Civil Engineering and Construction Мартина Вагенера, секрет автоматизированных систем управления планировкой заключается в их способности управлять данными в режиме реального времени. «Возможность иметь в офисе информацию о том, что происходит на рабочей площадке, а также моментально получать новые данные улучшает процесс принятия решений и разрешения проблем и, как следствие, приводит к повышению производительности труда сотрудников, сокращению расходов, более быстрой и качественной коммуникации, повышению точности производства работ», – говорит Мартин Вагенер.
Препятствия распространению электронных систем С другой стороны, производители оборудования и дилеры отмечают некоторые трудности распространения автоматизированных систем в строительной отрасли. Препятствует распространению технологий автоматизированного управления кажущаяся сложность их внедрения, привычка работать по-старому и неподготовленность персонала, считает Илья Окуренков. Мартин Вагенер так охарактеризовал сложившуюся ситуацию в России: «Наблюдаемый нами низкий уровень цифровизации вызван главным образом нежеланием что-то менять». По его словам, в строительной отрасли рабочим процессам зачастую уже десятки лет. Большая часть строительных компаний сопротивляется цифровизации процессов, хотя сбор собственных данных позволяет повышать эффективность проекта. Более 50% из них до сих пор используют проектную документацию в бумажном формате.
– К сожалению, еще есть эксплуатанты, которые, выбирая технику, отдают предпочтение экономии при покупке в ущерб высокой производительности и эффективности, что дает большую выгоду во время жизненного цикла приобретенной машины, – говорит Валентин Романов.
Несколько иной точки зрения придерживается главный инженер ООО «Геостройизыскания» Илья Букреев: «На самом деле, я не вижу каких-либо серьезных препятствий для распространения автоматических систем нивелирования. В связи с тем что преимущества таких решений очевидны для многих руководителей строительных предприятий, сомнений в необходимости их нет. Да, сказывается фактор дороговизны, но в конечном итоге предприимчивый руководитель оценивает те преимущества, которые он получает, владея автоматической системой нивелирования на технике, и они почти всегда оказываются весомее общей стоимости оборудования».
Электронная интеграция
Интегрированные электронные системы управления двигателем и трансмиссией, предлагаемые сегодня практически всеми ведущими производителями, позволяют улучшить характеристики машин путем высокой степени интеграции компонентов силовой установки. В результате двигатель и трансмиссия могут взаимодействовать между собой более эффективно, что существенно влияет и на другие функции бульдозера. «Благодаря «электронным мозгам» двигатель с трансмиссией работает как единый эффективный организм. Это значит, что в зависимости от принимаемой на трансмиссию нагрузки двигатель «понимает», в какой момент и какое количество топлива необходимо подать, когда нужно увеличить крутящий момент, а когда добавить мощности. Также в гидравлической системе по отклонениям джойстиков аксиально-поршневой насос определяет, когда нужно подать больше потока, а когда меньше», – рассказывает Валентин Романов.
Рассмотрим основные решения по автоматизированным системам управления двигателем, трансмиссией и другими агрегатами бульдозеров от ведущих производителей.
Caterpillar
По словам специалистов компании, на некоторых моделях бульдозеров Cat используется система Traction Control (система контроля тяги), принцип действия которой заключается в автоматическом снижении оборотов двигателя в случае пробуксовки гусениц. Таким образом система дает машинисту время для изменения положения отвала и, как следствие, нагрузки на него, гусеницы меньше проскальзывают, в результате чего возрастает срок их службы.
Новые решения от Cat
В последние годы компания создала новые системы работы с отвалом и силовой передачей.
Система Slope Assist помогает бульдозеристу автоматически поддерживать заданный угол положения отвала в пространстве. Данная система отслеживает положение отвала как в продольной, так и в поперечной плоскости, помогая добиться 80% снижения вовлеченности бульдозериста в процесс управления отвалом.
Система Stable blade автоматизирует работу отвала и силовой передачи. Акселерометры отслеживают перемещения машины в вертикальной плоскости, регулируют положение отвала и скорость движения. В результате качество профилирования возрастает в разы при меньших трудозатратах со стороны машиниста.
Процесс диагностики неисправностей весьма трудоемкий и долгий, может привести к простою техники. Remote troubleshooting – это новая технология удаленной диагностики Caterpillar. Она позволяет не только дистанционно просматривать коды ошибок, но и снимать данные телеметрии в режиме online при работе техники. Сервисному инженеру дилера теперь не нужно лишний раз выезжать для диагностики, которую теперь он может выполнить из офиса, а можно сразу ехать на ремонт машины. Эта технология стала возможной благодаря новому поколению системы Product Link, которая может работать с большим объемом данных и доступна для многих моделей, в том числе бульдозеров D6K2, D4, D5, D6.
John Deere
Как нам рассказал менеджер по продуктовому маркетингу John Deere Антон Веремчук, в линейке бульдозеров компании предлагается пять моделей: 700J-II, 750J-II, 850J-II, 950К и 1050К. Все машины являются гидростатическими, то есть привод гусениц осуществляется посредством закрытого контура насос-мотор. За синхронизацию работы двигателя и трансмиссии отвечает электроника. На двигателе есть отдельный блок управления, который отвечает за контроль объема впрыска топлива, кривую крутящего момента и параметры работы двигателя. Второй блок управления отвечает за работу трансмиссии, а между собой блоки общаются через шину CAN. Благодаря такой компоновке на бульдозере John Deere удалось реализовать две функции:
– Автоматическое отслеживание нагрузки на отвал. Эта функция адаптирует скорость движения машины, а следовательно, и тяговое усилие, в зависимости от призмы волочения. Благодаря этому машина упрощает работу оператора, выполняя часть работы за него.
– Режим ЭКО. При его активации достигается дополнительная экономия топлива до 10%. Функция ограничивает максимальные обороты двигателя в те моменты, когда техника не испытывает нагрузки или данная нагрузка минимальна. Однако как только нагрузка возрастает, электроника автоматически повышает обороты для преодоления усилия, после чего возвращает их на прежний уровень.
Все управление бульдозером осуществляется с помощью одного электронного джойстика, который объединяет в себе как функции изменения направления движения, так и функции рулевого управления и регулировки скорости. Это также снимает нагрузку с оператора, позволив ему сосредоточиться непосредственно на работе.
Помимо этого электроника дополнительно отслеживает следующие параметры:
– выравнивает скорость гусениц, исключая забегание одной из сторон, обеспечивая прямолинейность движения;
– поддерживает безопасность оператора, обеспечивая функцию удержания на склоне, когда автоматически включается стояночный тормоз, если машина начинает двигаться на «нейтралке»;
– возможность настройки чувствительного рулевого управления и переключения, благодаря чему оператор может оптимально подстроить технику под свои предпочтения.
Case
На бульдозерах Case, например на модели 2050М, используются автоматические настройки движения вперед, назад, функция встряхивания отвала, настройка чувствительности отвала для режима планировки и для режима выравнивания грунта. Есть три режима набора хода и три режима регулирования поворота (плавный, средний, агрессивный). Имеется автоматический стояночный тормоз. Для управления самим бульдозером есть функция калибровки джойстиков и ходового привода.
По словам Валентина Романова, основной особенностью современного двигателя, кроме настроек его работы, является топливная система Common rail. «Позвольте разобрать пример с механическими форсунками топливной системы с ТНВД и с форсунками высокого давления», – рассказывает Валентин Романов. – Еще есть покупатели техники, которые верят, что топливная система с ТНВД лучше, экономичнее и дешевле. На первый взгляд это действительно так. Особенно так кажется, когда осознаем, что форсунка от Common rail не ремонтируется своими силами, а меняется». В этот момент не учитывается, считает специалист, что экономия топлива между Сommon rail и ТНВД составляет в среднем 15-25%. «Таким образом, если ваш бульдозер с ТНВД «съедает», например, 16 л/ч, то при таких же условиях с Common rail он будет сжигать на 3-4 л/ч меньше. Три литра экономии в час при 3 000 часах в год позволит вам сберечь более 400 000 рублей. И это только топливо», – подытоживает Валентин Романов.
По его мнению, в случае необходимости ремонта форсунки на Common rail можно просто ее поменять, а в случае с ТНВД нужно ее снять, отвезти в мастерскую и там перебрать. «А для этого вы должны держать соответствующего специалиста и платить ему зарплату. И пока вы возите форсунку туда и обратно, ваша машина простаивает», – объясняет Валентин Романов.
Бульдозеры Case с гидростатической трансмиссией
Основная особенность гидростатической трансмиссии – это ее простота, ведь она состоит из гидронасоса и гидромоторов. Управление и автоматизация рабочих процессов настраивается один раз перед началом работы на дисплее в кабине. Гидростатическая трансмиссия бульдозеров Case позволяет регулировать движение и работу машины бесступенчато и под нагрузкой, автоматически по сигналу, подаваемому джойстиком.
– Я приведу вам пример с педалью управления трансмиссией, – рассказывает Валентин Романов. – У нас на модели CASE2050M двухфункциональная педаль, которая может переключаться для работы в режиме педали замедлителя или педали управления трансмиссией. В режиме педали замедлителя при ее нажатии снижается частота вращения двигателя. В режиме педали управления трансмиссией гидравлическая система уменьшает ход.
В меню на многофункциональном дисплее отображаются индикаторы и пиктограммы той или иной характеристики или ситуации, например:
– индикатор низкого давления масла;
– индикатор высокой температуры масла;
– индикатор необходимости проведения техобслуживания;
– низкое напряжение АКБ;
– реверс вентилятора.
И многие другие.
Кроме того, на машинах Case есть настройки автоматического движения вперед и назад. Оператор перед началом работ может выбрать одну из 15 скоростей для движения вперед и назад, чтобы не тратить зря топливо. Дальше машина будет удерживать данные скорости автоматически. При этом всегда можно использовать ручной регулятор дроссельной заслонки.
В системе управления бульдозером также предусмотрена функция встряхивания отвала. При нажатии соответствующей кнопки на джойстике машина автоматически изменяет угол наклона отвала и встряхивает его для очистки. Если нажать и держать эту кнопку, то будет проходить встряхивание отвала с частотой в 3 секунды или пока не будет отпущена кнопка.
Системы автоматизированного управления планировкой
Ключевые производители систем автоматизированного управления нивелированием и планировкой – это такие компании, как Trimble, Leica Geosystems Case и Topcon Positioning Systems Inc. Хотя их оборудование можно устанавливать на бульдозеры разных брендов, Trimble преимущественно является основным партнером Caterpillar, Topcon сотрудничает с John Deere, а Leica – с компанией Case. В этой статье мы рассмотрим решения от Trimble и Topcon.
Trimble
Как нам рассказал менеджер по внедрению продуктов Civil Engineering and Construction Мартин Вагенер, в середине 2017 года была введена в эксплуатацию платформа управления земляными работами Trimble Earthworks для строительных машин, которая с тех пор претерпела существенную инновационную эволюцию. «Коротко говоря, операционная система на базе Андроид является сегодня на рынке самой простой в освоении и эксплуатации. Любой, кто может справиться с мобильным приложением на своем телефоне, может справиться с Trimble Earthworks», – сообщил представитель компании.
В целом, по его словам, автоматизированные системы управления планировкой состоят из офисной части и части, работающей на строительной площадке. «Устанавливаемая на строительные машины платформа управления земляными работами Trimble Earthworks обеспечивает выполнение оператором запланированной работы. Она также фиксирует, что было сделано и что было достигнуто на каждой стадии техпроцесса», – отметил Мартин Вагенер. Вместе с модемом Site Gateway Modem SNM941, который подключается к облаку, Trimble Earthworks может не только получать новые проектные данные из офиса, но и передавать достигнутые производственные показатели руководству.
В офисе новая облачная операционная система Trimble WorksOS интегрирует данные, чтобы контролировать производительность и эффективность процесса в режиме реального времени. Это позволяет начальникам участков и руководителям проектов планировать работы и максимизировать эффективность труда на стройплощадке. Trimble WorksOS интегрируется с другим программным обеспечением компании Trimble, таким как:
– Trimble Business Center – для проектирования и расчета объемов выполняемых работ;
– Trimble WorksManager – системой взаимодействия офиса и строительной площадки;
– Trimble Siteworks – системой управления производством работ на строительной площадке;
– Trimble Earthworks – платформой управления земляными работами;
– Trimble Stratus – программным обеспечением для управления строительной площадкой в режиме реального времени.
– Trimble WorksOS гарантирует, что все заинтересованные стороны, вовлеченные в процесс строительства, будут в курсе последних событий и получат информацию, необходимую для следующих шагов, – рассказал Мартин Вагенер.
Для бульдозеров компания Trimble предлагает такую конфигурацию Trimble Earthworks, как Dual GNSS, в которой система работает с максимальной точностью на любых откосах. Эта конфигурация наряду с другими возможными вариантами работы, например с лазером, с тахеометром, доступна для ряда моделей крупных производителей, таких как Caterpillar, John Deere, Komatsu и Liebherr. Компания работает над тем, чтобы поддерживать модели машин других марок.
Topcon
В портфолио компании Topcon имеется много популярных, типовых, а также уникальных решений. Если говорить о традиционных спутниковых 3D-системах, то их основной характеристикой является трехмерный проект, используемый в качестве опорных данных для позиционирования рабочего органа машины, оснащенной 3D-системой нивелирования. «Именно эта особенность и делает 3D-решения уникальным инструментом, позволяющим исключить вынос проекта в натуру «ручным» способом и обеспечить выполнение работы по устройству конструктива строительного объекта в точном соответствии с проектом. Машина будет выносить проект в натуру так, как это задумал проектировщик», – рассказал Илья Букреев, главный инженер компании «Геостройизыскания», которая является генеральным дистрибьютором Topcon в России.
– В последние годы мы активно устанавливаем инновационную безмачтовую систему для бульдозеров Topcon 3D-MC MAX. Спутниковая антенна в данном решении устанавливается на крышу машины, а положение отвала и корпуса бульдозера полностью вычисляется по средствам инерциальных измерений. Такой подход позволяет системе нивелирования знать не только положение отвала относительно проектного уровня, но и оценивать происходящее и тенденции движения самого тягового трактора, что обеспечивает более точную работу гидравлики и финишную ровность формируемой поверхности, – сообщил Илья Букреев.
По словам специалиста, автоматическая система управления планировкой в первую очередь берет на себя ответственность по высотному выравниванию рабочего органа строительной машины. Когда на помощь оператору приходит такая система нивелирования, он получает возможность направить свое внимание с управления отметкой на другие задачи. «Таким образом, повышается темп работы, происходит более правильная загрузка рабочего органа материалом, что не может не давать хорошего итогового результата. Определенным образом снижаются требования к опытности проведения планировочных работ», – говорит Илья Букреев.
Как отмечает д.э.н., ведущий научный сотрудник НИИ управления, экономики, политики и социологии Дагестанского государственного университета народного хозяйства Магомед Абидов, строительная отрасль является наиболее консервативной и инерционной в отношении цифровизации. При этом отрасль обладает большим потенциалом для цифровизации и иных инноваций. Время показывает, что у российских компаний нет иного выбора, кроме освоения электронных технологий автоматизированного управления. Это важнейший фактор, обеспечивающий повышение производительности и экономической эффективности работы дорожно-строительной техники.
Ирек Давлетшин
